0:00:06.760,0:00:10.453
Come fa il tuo cellulare[br]a sapere la tua esatta posizione?

0:00:10.453,0:00:13.756
La risposta si trova a 20.000 chilometri[br]sopra di te

0:00:13.756,0:00:18.229
in un satellite che tiene il tempo[br]col ritmo di un orologio atomico

0:00:18.229,0:00:21.406
che funziona grazie[br]alla meccanica quantistica.

0:00:21.406,0:00:22.436
Fiu!

0:00:22.436,0:00:24.425
Analizziamo la cosa più nel dettaglio.

0:00:24.425,0:00:29.121
Prima di tutto, perché è così importante[br]sapere che ora è su un satellite

0:00:29.121,0:00:32.149
quando ciò che ci interessa[br]è la posizione?

0:00:32.149,0:00:34.359
La prima cosa che il telefono[br]deve calcolare

0:00:34.359,0:00:37.696
è la sua distanza dal satellite.

0:00:37.696,0:00:40.883
Ogni satellite trasmette continuamente[br]segnali radio

0:00:40.883,0:00:45.762
che viaggiano dallo spazio al tuo telefono[br]alla velocità della luce.

0:00:45.762,0:00:48.562
Il tuo telefono registra il tempo[br]in cui il segnale arriva

0:00:48.562,0:00:51.753
e lo usa per calcolare[br]la distanza dal satellite

0:00:51.753,0:00:55.530
usando la seplice formula[br]distanza = c x tempo,

0:00:55.530,0:00:59.307
dove "c" è la velocità della luce[br]e il tempo è quello impiegato

0:00:59.307,0:01:02.875
[br]dal segnale che è arrivato.[br]Ma c'è un problema.

0:01:04.066,0:01:06.168
La luce è incredibilmente veloce.

0:01:06.168,0:01:09.640
Se solo riuscissimo a calcolare[br]l'unità di tempo fosse al secondo

0:01:09.640,0:01:12.950
ogni punto della Terra, e molto più in là,

0:01:12.950,0:01:16.102
risulterebbero alla stessa distanza[br]dal satellite.

0:01:16.102,0:01:20.375
Per calcolare la distanza con uno scarto[br]di poche decine di metri

0:01:20.375,0:01:24.168
ci occorre il miglior orologio[br]mai inventato.

0:01:24.168,0:01:27.697
Ecco a voi gli orologi atomici,[br]alcuni dei quali sono così precisi

0:01:27.697,0:01:30.563
che non perderebbero[br]né guadagnerebbero un solo secondo

0:01:30.563,0:01:35.603
anche se funzionassero per i prossimi[br]300 milioni di anni.

0:01:35.603,0:01:38.757
Gli orologi atomici funzionano[br]grazie alla fisica quantistica.

0:01:38.757,0:01:41.708
Tutti gli orologi devono avere[br]una frequenza costante:

0:01:41.708,0:01:45.371
un orologio deve eseguire[br]una qualche azione ripetitiva

0:01:45.371,0:01:49.385
per marcare incrementi[br]di tempo equivalenti.

0:01:49.385,0:01:52.731
Così come un orologio a pendolo[br]dipende dalla costante oscillazione

0:01:52.731,0:01:55.847
avanti e indietro di un pendolo[br]causata dalla forza di gravità,

0:01:55.847,0:01:57.939
così il ticchettio di un orologio atomico

0:01:57.939,0:02:03.041
è mantenuto dalla transizione[br]di un atomo tra due livelli energetici.

0:02:03.041,0:02:06.069
È qui che entra in gioco[br]la fisica quantistica.

0:02:06.069,0:02:09.311
La meccanica quantistica ci dice[br]che gli atomi hanno dell'energia,

0:02:09.311,0:02:12.559
ma non possono averne[br]una quantità arbitraria.

0:02:12.559,0:02:13.767
Al contrario,

0:02:13.767,0:02:18.215
l'energia atomica può assumere[br]solo un insieme discreto di valori,

0:02:18.215,0:02:20.300
chiamati "quanti".

0:02:20.300,0:02:24.402
A titolo di esempio,[br]immaginate di guidare in autostrada.

0:02:24.402,0:02:25.730
Aumentando la velocità,

0:02:25.730,0:02:32.222
normalmente passate[br]in maniera continua da 30 km/h a 110.

0:02:32.222,0:02:34.792
Invece, se aveste[br]un'automobile quantistica

0:02:34.792,0:02:37.706
non potreste accelerare[br]in maniera lineare.

0:02:37.706,0:02:40.242
Al contrario, fareste un "salto",

0:02:40.242,0:02:41.808
o meglio, una transizione,

0:02:41.808,0:02:44.325
da una velocità all'altra.

0:02:44.325,0:02:48.768
Quando un atomo si sposta[br]da un livello energetico a un altro

0:02:48.768,0:02:50.183
la meccanica quantistica dice

0:02:50.183,0:02:54.622
che la differenza di energia è pari[br]alla frequenza caratteristica,

0:02:54.622,0:02:57.199
moltiplicata per una costante,

0:02:57.199,0:03:02.815
dove la variazione di energia[br]è pari alla costante di Planck

0:03:02.815,0:03:05.309
moltiplicata per la frequenza.

0:03:05.309,0:03:07.803
La frequenza caratteristica[br]è quello che ci serve

0:03:07.803,0:03:10.297
per realizzare il nostro orologio.

0:03:10.297,0:03:16.311
I satelliti GPS usano gli atomi di cesio[br]e rubidio come standard di frequenza.

0:03:16.311,0:03:18.651
Nel caso del cesio 133,

0:03:18.651,0:03:28.846
la frequenza caratteristica dell'orologio[br]è di 9.192.631.770 Hz.

0:03:28.846,0:03:31.636
Ovvero 9 miliardi di cicli al secondo.

0:03:31.636,0:03:33.625
Un orologio davvero veloce.

0:03:33.625,0:03:36.005
Non importa[br]quanto sia bravo l'orologiaio,

0:03:36.005,0:03:38.160
ogni pendolo, ogni meccanismo a molla

0:03:38.160,0:03:42.760
o al quarzo risuona a una frequenza[br]leggermente diversa.

0:03:42.760,0:03:46.969
Invece, ogni atomo di cesio 133[br]presente nell'universo

0:03:46.969,0:03:50.818
oscilla esattamente alla stessa frequenza.

0:03:50.818,0:03:53.261
Perciò, grazie agli orologi atomici,

0:03:53.261,0:03:57.279
la rilevazione del tempo è precisa[br]al miliardesimo di secondo,

0:03:57.279,0:04:02.294
e una misurazione molto precisa[br]della distanza dal satellite.

0:04:02.294,0:04:06.821
Lasciamo perdere il fatto che[br]quasi certamente ti trovi sulla Terra.

0:04:06.821,0:04:10.167
Sappiamo ora[br]che sei a una distanza fissa dal satellite.

0:04:10.167,0:04:13.187
In altre parole, occupi un punto[br]sulla superficie di una sfera

0:04:13.187,0:04:15.950
che ha per centro il satellite.

0:04:15.950,0:04:18.137
Misura la tua distanza[br]da un secondo satellite

0:04:18.137,0:04:21.218
e ottieni un'altra sfera[br]sovrapposta alla prima.

0:04:21.218,0:04:22.186
Procedi così,

0:04:22.186,0:04:23.793
e con sole quattro misurazioni,

0:04:23.793,0:04:27.269
più una piccola correzione usando[br]la teoria della relatività di Einstein,

0:04:27.269,0:04:33.537
puoi stabilire la tua esatta posizione[br]in un punto preciso dello spazio.

0:04:33.537,0:04:34.970
Dunque, ecco cosa occorre:

0:04:34.970,0:04:37.770
una rete di satelliti[br]da miliardi di dollari,

0:04:37.770,0:04:39.817
atomi di cesio che oscillano,

0:04:39.817,0:04:41.232
meccanica quantistica,

0:04:41.232,0:04:42.327
relatività,

0:04:42.327,0:04:43.484
un cellulare,

0:04:43.484,0:04:45.727
e tu.

0:04:45.727,0:04:47.109
Non c'è problema.